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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Hydraulikspeichersystem mit einem Hochdruckspeicher, einem Niederdruckspeicher und mindestens einem Hydrostaten.
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Aus der amerikanischen Offenlegungsschrift
US 2009/0205892 A1 ist ein Hydraulikhybridantriebsstrang mit einem Hydrostaten bekannt, der zwischen einem Niederdruckspeicher und einem Hochdruckspeicher angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine unerwünschte Leckage im Betrieb eines Hydraulikspeichersystems mit einem Hochdruckspeicher, einem Niederdruckspeicher und mindestens einem Hydrostaten zu reduzieren.
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Die Aufgabe ist bei einem Hydraulikspeichersystem mit einem Hochdruckspeicher, einem Niederdruckspeicher und mindestens einem Hydrostaten dadurch gelöst, dass eine Absperrventileinrichtung zwischen den Hochdruckspeicher und den Hydrostaten geschaltet ist. Die Absperrventileinrichtung vermindert oder verhindert eine Leckage und damit eine unerwünschte Entladung des Hochdruckspeichers über den Hydrostaten in den Niederdruckspeicher. Der Hydrostat kann als Hydraulikpumpe und/oder Hydraulikmotor betrieben werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrventileinrichtung ein Rückschlagventil umfasst. Das Rückschlagventil ist in Fließrichtung zum Hochdruckspeicher offen und in Fließrichtung zum Hydrostaten geschlossen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrventileinrichtung ein Plattenventil mit einer Rückschlagventilfunktion umfasst. Das Plattenventil mit der Rückschlagventilfunktion ist einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenventil einen Führungskolben umfasst, an dem eine Ventilplatte angebracht ist. Die Ventilplatte kann einstückig mit dem Führungskolben verbunden sein. Das Plattenventil ist vorzugsweise als Sitzventil ausgeführt. Es ist vorteilhafterweise nicht notwendig, dass die Führung für den Führungskolben konzentrisch zu einem Ventilsitz angeordnet ist. Dadurch werden die Herstellkosten weiter reduziert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte begrenzt bewegbar an dem Führungskolben angebracht ist. Die bewegbare Anbringung der Ventilplatte an dem Führungskolben ermöglicht es, Winkelfehler zwischen Ventilsitz und Führung auszugleichen. Der Führungskolben kann zur Anbringung der Ventilplatte ein kugeliges Ende mit oder ohne Bund aufweisen. Das kugelige Ende beziehungsweise der Bund kann von einer Halterung umgriffen werden, die an der Ventilplatte befestigt ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte elastisch beziehungsweise flexibel ausgeführt und mit einem Dichtring ausgestattet ist. Die elastische beziehungsweise flexible Ventilplatte ermöglicht einen Ausgleich von Winkelfehlern zwischen Ventilsitz und Führung. Der Dichtring ist im Vergleich zur Ventilplatte relativ hart ausgeführt und dient zur Darstellung des Ventilsitzes.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrventileinrichtung über eine Pilotventileinrichtung vorgesteuert ist. Die Pilotventileinrichtung ermöglicht eine Druckentlastung über mindestens ein Pilotventil. Die Vorsteuerung ermöglicht es, große Strömungsquerschnitte mit einer geringen elektrischen Verlustleistung darzustellen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotventileinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit vom Druck in dem Hochdruckspeicher, mindestens eine, mehrere oder jede der folgenden Verbindungen freigibt oder verschließt: eine Verbindung zwischen Hydrostat und Hochdruckspeicher, eine Verbindung zwischen Niederdruckspeicher und Absperrventileinrichtung, eine Verbindung zwischen Hochdruckspeicher und Absperrventileinrichtung. Die Pilotventileinrichtung umfasst zum Beispiel drei 2/2-Wegeventile. Die Pilotventileinrichtung kann aber auch zwei 3/2-Wegeventile oder ein 4/2-Wegeventil umfassen.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Ventileinrichtung für ein Hydraulikspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die Erfindung betrifft insbesondere eine vorab beschriebene Absperrventileinrichtung oder eine vorab beschriebene Pilotventileinrichtung. Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein vorab beschriebenes Plattenventil und/oder ein Pilotventil der Pilotventileinrichtung.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Hydraulikhybridantriebsstrang mit einem vorab beschriebenen Hydraulikspeichersystem. Der Hydraulikhybridantriebsstrang umfasst zum Beispiel eine Brennkraftmaschine, die mechanisch mit dem Hydrostaten des vorab beschriebenen Hydraulikspeichersystems gekoppelt ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hydraulikspeichersystems mit einer als Plattenventil ausgeführten Absperrventileinrichtung und die
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2 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele von Plattenventilen, die in dem in 1 dargestellten Hydraulikspeichersystem verwendet werden können.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Hydraulikspeichersystem 1 in Form eines Hydraulikschaltplans vereinfacht dargestellt. Das Hydraulikspeichersystem 1 umfasst einen Hochdruckspeicher 4, einen Niederdruckspeicher 5 und einen Hydrostaten 6. Bei dem Hydrostaten 6 handelt es sich vorzugsweise um eine hydraulische Maschine, die als Hydraulikpumpe und/oder als Hydraulikmotor betrieben werden kann.
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Eine Absperrventileinrichtung 10 ist so zwischen dem Hochdruckspeicher 4, den Niederdruckspeicher 5 und den Hydrostaten 6 geschaltet, dass eine unerwünschte Entladung des Hochdruckspeichers 4 im Betrieb des Hydraulikspeichersystems 1 vermindert beziehungsweise verhindert wird. Die Absperrventileinrichtung 10 hat eine Rückschlagventilfunktion zwischen dem Hochdruckspeicher 4 und dem Hydrostaten 6.
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Die Absperrventileinrichtung 10 hat drei Anschlüsse 11, 12 und 13. An die Anschlüsse 11, 12, 13 der Absperrventileinrichtung 10 ist jeweils eine Leitung 15, 16, 17 angeschlossen. Bei den Leitungen 15 bis 17 handelt es sich, wie bei weiteren, im Folgenden genannten Leitungen auch, um Hydraulikleitungen, die als separate Leitungen ausgeführt sein können. Die Leitungen können aber auch in vorhandene Bauteile, wie Gehäusekörper, in Form von Kanälen integriert werden.
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Die Absperrventileinrichtung 10 umfasst ein Plattenventil 20 mit einem Führungskolben 21, an dem eine Ventilplatte 22 mit einer Dichtkante befestigt ist. Die Ventilplatte 22 ist durch eine Ventilfeder 25 mit ihrer Dichtkante gegen eine Dichtfläche 24 vorgespannt, um eine Verbindung zwischen den Leitungen 15, 16 zu unterbrechen. Wenn die Ventilplatte 22 mit ihrer Dichtkante von der Dichtfläche 24 abhebt, dann wird eine Verbindung zwischen den Leitungen 15, 16 freigegeben.
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Durch die Ventilfeder 25 ist die Absperrventileinrichtung 10 in ihre dargestellte Schließstellung vorgespannt, in welcher die Ventilplatte 22 mit ihrer Dichtkante dichtend an der Dichtfläche 24 anliegt. Mit Hilfe der Ventilfeder 25 wird eine Rückschlagventilfunktion dargestellt, die ein Öffnen der Ventilplatte 22 in Fließrichtung zum Hochdruckspeicher 4 ermöglicht. In Fließrichtung zum Hydrostaten 6 hin ist die Absperrventileinrichtung 10 durch die Ventilfeder 25 geschlossen.
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Die Absperrventileinrichtung 10 ist durch eine Pilotventileinrichtung 30 mit drei Pilotventilen 31, 32, 33 vorgesteuert. Die Pilotventile 31 bis 33 sind jeweils als 2/2-Wegeventile ausgeführt. Durch Symbole an den Pilotventilen 31 bis 33 ist angedeutet, dass diese elektromagnetisch betätigt werden. Die Pilotventile 31 bis 33 werden in Abhängigkeit vom Druck in dem Hochdruckspeicher 4 elektromagnetisch angesteuert.
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An das Pilotventil 31 sind zwei Leitungen 35, 36 angeschlossen. Die Leitung 35 geht von der Leitung 15 aus. In die Leitung 36 mündet die Leitung 16. Von der Leitung 36 führt eine Leitung 37 zum Hochdruckspeicher 4. An das Pilotventil 32 sind die Leitung 36 und eine Leitung 38 angeschlossen. Die Leitung 38 geht in die Leitung 17 über. Eine Leitung 39 geht von den Leitungen 17 und 38 aus. An das Pilotventil 33 ist die Leitung 39 und eine Leitung 40 angeschlossen, die zum Niederdruckspeicher 5 führt.
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Die Absperrventileinrichtung 10 funktioniert wie folgt. Wenn der Druck im Hochdruckspeicher 4 gleich groß wie oder größer als am Hydrostaten 6 ist, dann bleibt das Plattenventil 20 geschlossen. Wenn der Druck am Hydrostaten 6 größer als im Hochdruckspeicher 4 ist, dann öffnet das Plattenventil 20 in Abhängigkeit von der Vorspannkraft der Ventilfeder 25 selbsttätig.
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Die Pilotventileinrichtung 30 mit den drei Pilotventilen 31 bis 33 funktioniert wie folgt. In den dargestellten Stellungen der Pilotventile 31 bis 33 bleibt das Plattenventil 20 sicher geschlossen, wenn der Druck im Hochdruckspeicher 4 größer als oder gleich groß wie am Hydrostaten 6 ist. Bei Druckgleichheit erzeugt die Ventilfeder 25 die notwendige Schließkraft.
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In einem Abstellfall, das heißt, wenn der Hydrostat 6 nicht mehr angetrieben wird, dann wird der Druck am Hydrostaten 6 früher oder später auf Niederdruckniveau abgesunken sein. In diesem Fall kann das Plattenventil 20 aufgrund der resultierenden Hydraulikkräfte nicht schalten. Daraufhin kann mit dem Pilotventil 31 die Leitung 35 beziehungsweise 15 zum Hydrostaten 6 vorgespannt werden. Dann herrscht am Plattenventil 20 Druckgleichheit und die Voraussetzung für ein Öffnen des Plattenventils 20 ist geschaffen.
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Zum Öffnen des Plattenventils 20 werden die beiden Pilotventile 32 und 33 bestromt. Dadurch fällt der Druck in einem Federraum, in welchem die Ventilfeder 25 angeordnet ist, ab. Aufgrund der resultierenden Hydraulikkräfte öffnet das Plattenventil 20. Die Ventilfeder 25 ist dabei so schwach ausgelegt, dass ein Öffnen des Plattenventils 20 sicher erfolgt.
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Zum Schließen des Plattenventils 20 werden die Pilotventile 32 und 33 zurückgeschaltet. Dadurch wird ein Druckanstieg im Federraum bewirkt und das Plattenventil 20 schließt durch Federkraft. Die Pilotventile 32 und 33 können in einem 3/2-Wegeventil zusammengefasst werden. Die Pilotventile 31, 32 und 33 können auch zusammengefasst werden.
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Das in 1 dargestellte Plattenventil 20 hat den Vorteil, dass die Führung für den Führungskolben 21 nicht genau konzentrisch zu dem Ventilsitz ausgeführt werden muss. Dadurch können die Herstellkosten reduziert werden. Alternative Ausführungsformen von Plattenventilen 50, 60 und 70 sind in den 2 bis 4 dargestellt.
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Das in 2 dargestellte Plattenventil 50 hat einen Führungskolben 51, an welchem eine flexible, gegebenenfalls elastische Ventilplatte 52 angebracht ist. An der flexiblen beziehungsweise elastischen Ventilplatte 52 ist ein harter Dichtring 53 mit einer Dichtkante angebracht, die dichtend an einer Dichtfläche 54 anliegt. Durch den harten Dichtring 53 wird die Dichtfunktion sichergestellt. Die flexible beziehungsweise elastische Ventilplatte 52 ermöglicht einen Ausgleich von Winkelfehlern zwischen Ventilsitz und Führung.
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Das in 3 dargestellte Plattenventil 60 umfasst einen Führungskolben 61, an dem eine Ventilplatte 62 begrenzt bewegbar angebracht ist. An der Ventilplatte 62 ist eine Dichtkante ausgebildet, die dichtend an einer Dichtfläche 64 anliegt. Zur bewegbaren Aufhängung der Ventilplatte 62 ist an dem Führungskolben 61 ein Bund 65 ausgebildet, von welchem ein halbkugelförmiges Ende 66 ausgeht, das der Ventilplatte 62 zugewandt ist. An der Ventilplatte 62 ist eine Halterung 68 befestigt, die den Bund 65 umgreift. Die Ventilplatte 62 weist im Bereich des halbkugelförmigen Endes 66 des Führungskolbens 61 eine Vertiefung auf, die eine Bewegung der Ventilplatte 62 relativ zu dem halbkugelförmigen Ende 66 ermöglicht. Die Halterung 68 kann unter Vorspannung an dem Bund 65 anliegen.
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Das in 4 dargestellte Plattenventil 70 umfasst einen Führungskolben 71, an dem eine Ventilplatte 72 angebracht ist. An der Ventilplatte 72 ist eine Dichtkante ausgebildet, mit der die Ventilplatte 72 dichtend an einer Dichtfläche 74 anliegt. An dem dargestellten Ende des Führungskolbens 71 ist zur Anbringung der Ventilplatte 72 eine Kugel 76 ausgebildet. Die Kugel 76 wird von einer Halterung 78 umgriffen, die an der Ventilplatte 72 befestigt ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein begrenztes Verschwenken der Ventilplatte 72 relativ zu dem Führungskolben 71 ermöglicht. Die Halterung 78 kann unter Vorspannung an der Kugel 76 anliegen.
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In 4 ist der Dichtsitz so dargestellt, dass die Dichtkante an der Ventilplatte 72 im Zusammenwirken mit der ebenen Dichtfläche 74 einen Dichtsitz ergibt oder darstellt.
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In 5 ist ein ähnlicher Ausschnitt wie in 4 mit einem Führungskolben 81 dargestellt, an dem eine Ventilplatte 82 angebracht ist. An der Ventilplatte 82 ist eine ebene Dichtfläche 83 ausgebildet. Eine Dichtkante 84 ist an einem Gehäusekörper 85 ausgebildet. Die Dichtkante 84 und die Dichtfläche 83 stellen einen Dichtsitz 86 dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0205892 A1 [0002]
